Инженерная графика
Физика
Атомные станции
Строймех
ТКМ
Начертательная геометрия
Экология энергетики
Сопромат
Готика
Черчение
Теплотехника
Математика

Театр

Конспект лекций
Атомная энергетика
Карта

Ядерная физика начало

Гамма – излучение ядер

Гамма излучение (g‑излучение) - испускание кванта электромагнитного излучения при спонтанном переходе ядра с более высокого

энергетического уровня на любой нижележащий. Очевидно, что в этом случае А и Z ядра не изменяются. В отличие от рентгеновских и квантов видимого света, испускаемых при переходах атомных электронов, фотоны, испускаемые ядрами, называются g-квантами, хотя для обозначения квантов любого происхождения сохраняется обобщающее название фотон. Излучение g-кванта является основным процессом освобождения ядра от избыточной энергии, при условии, что эта энергия не превосходит энергию связи нуклона в ядре. Таким образом, по своей физической природе g-квант - это порция энергии Eg =  электромагнитного поля. Переходы, при которых испускаются g-кванты, называются радиационными. Радиационный переход может быть однократным (переход γ20 на рис. 3.6.1), когда ядро сразу переходит в основное энергетическое состояние, или каскадным, когда происходит испускание нескольких g-квантов в результате ряда последовательных радиационных переходов (переходы γ21 и γ10 на рис. 3.6.1). Энергияg-кванта определяется разностью энергий уровней, между которыми происходит переход:

(3.6.1)

В соответствии с законами сохранения энергии и импульса:

(3.6.2)

где Тяд и Ряд – кинетическая энергия и импульс ядра отдачи соответственно, Рγ – импульс γ-кванта. Из уравнений (3.6.2) получаем

(3.6.3)

Таким образом, Тяд = (10-6 ÷ 10-5)Е, т.е. γ-квант уносит подавляющую часть энергии возбуждения ядра. Из проведенного рассуждения очевидно также, что энергетический спектр γ-квантов дискретен, так какэнергетическая ширина Г уровня (1.7.1) обычно много меньше расстояния между уровнями.

g-Квант - этоне только частица, но и волна. Приведенная длина волны (= λ/2π) g-кванта связана с его энергией соотношением

   или  

(3.6.4)

то есть при Eg = 1 МэВ, » 10-10см. Поэтому волновые свойства такого g-излучения при взаимодействии с атомами, а тем более с макроскопическими телами, проявляются слабо. На первый план выдвигаются корпускулярные свойства. Однако при взаимодействии с ядрами, наоборот, проявляется в основном волновая природа излучения.

Фотонный газ

Предположим, что излучение, находящееся в равновесии со стенками полости, в которой оно заключено, можно представить как идеальный фотонный газ. Фотоны являются бозонами, т.к. спин фотона равен единице. Стенки полости непрерывно излучают и поглощают фотоны. Поэтому число фотонов не является наперед заданным (оно определяется объемом полости и температурой ее стенок). Из непостоянства числа фотонов вытекает, что их распределение по состояниям описывается формулой (14.16), где εi = ћωi:

,

(14.17)

 

Вычислим энергию излучения, отнесенную к единице объема полости и к единичному интервалу частот формулу, т. е. Планка. Энергия фотона не зависит от координат и направления его движения. В этом случае энергия частицы определяется только модулем ее импульса: ε = f(p). Поэтому изоэнергетическая поверхность (т. е. поверхность, все точки которой соответствуют одинаковой энергии) представляет собой сферу радиуса р. Отсюда следует, что объем ∆τ тонкого энергетического слоя равен объему шарового слоя радиуса р и толщины ∆р, умноженному на объем сосуда, в котором находится газ:

(14.18)

Найдем число состояний Zi фотонов в i-м тонком энергетическом слое объема ∆τi=V∙4πpi2∆pi. Объем ячейки в фазовом пространстве равен h3. Поэтому число ячеек равно ∆τi / h3. В каждой ячейке «помещается» два состояния фотона, различающихся направлением поляризации. Следовательно,

(14.19)

(учли, что h = 2πћ). Импульс фотона р = ε /с = ћω/c. Соответственно р2∆р = ћ3ω2∆ω/с3. Подстановка этого выражения в (14.19) дает для числа состояний в i- слое

(14.20)

Умножив Zi на среднее число заполнения <ni>, найдем число фотонов, частоты которых заключены в интервале ∆ωi, а умножив это число на энергию фотона εi = ћωi , получим энергию фотонов

Подстановка сюда выражений (14.17) и (14.20) приводит к формуле

(14.21)

Разделив ∆Еi на V и на ∆ωi, найдем плотность энергии электромагнитного излучения, отнесенную к единичному интервалу частот. Таким образом, опустив за ненадобностью индекс i, получим формулу

(14.21 а)

совпадающую с формулой Планка.

Гамма – излучение ядер